German Title: Vom Fluss bis zum Riff: Die Entwicklung von Korallen-δ234U als Proxy für Süßwassereinflüsse in der Karibik und darüber hinaus

Preview

PDF, English Download (7MB) | Terms of use

Abstract

Freshwater input plays a critical role in shaping marine environments and regional hydroclimate, yet reliable marine archives for reconstructing past freshwater variability remain limited. Traditional proxies often conflate temperature, salinity, upwelling, and/or biological effects, making it difficult to isolate freshwater contributions. This thesis explores the potential of uranium isotopes in corals, specifically δ234U, as a proxy for freshwater flux, with a focus on applications in the Caribbean region. The research assesses the precision and reliability of coral δ234U measurements, identifying methodological constraints and best practices for sampling tropical corals. A baseline value for the Caribbean basin is then established, confirming that the region shares the open-ocean δ234U signature. Building on this foundation, site-specific studies reveal the sensitivity of coral δ234U to local hydrological influences. A Cuban coral record demonstrates a stable baseline with variability linked to local precipitation, while enhanced variability at the end of the Little Ice Age points to increased Mississippi River influence or change in Cuban land use. Along the Yucatán Peninsula, δ234U variability is dominated by submarine groundwater discharge, which in turn is modulated by relative sea-level changes. A comparative study in Tahiti further illustrates the proxy’s potential, showing distinct δ234U signatures in seawater, river water, and groundwater, as well as a sea-level dependence of groundwater discharge that may allow for the reconstruction of ENSO variability. A synthesis of all available Caribbean coral records indicates that no coherent basin-wide freshwater signal emerges. Instead, local hydrological processes dominate coral δ234U, and the strong Atlantic throughflow effectively dilutes freshwater inputs, rendering the Caribbean basin similar to the open ocean on average. In contrast, marginal basins with restricted circulation, such as the Mediterranean or the East China Sea, exhibit clearer freshwater signals. Overall, this thesis demonstrates the potential of coral δ234U as a freshwater proxy. While it also captures valuable information about local hydrology and land-ocean interactions, its application in regions with high oceanic exchange requires careful interpretation. These findings expand the methodological toolkit of paleoclimate research and provide new insights into the hydroclimatic dynamics of the Caribbean and beyond.

Translation of abstract (German)

Der Süßwassereintrag ist ein Schlüsselfaktor für die Gestaltung mariner Ökosysteme und die regionale Hydroklimatik. Dennoch stehen bislang nur wenige zuverlässige marine Archive zur Rekonstruktion vergangener Süßwasservariabilität zur Verfügung. Herkömmliche Proxies vermischen häufig Temperatur-, Salzgehalts-, Auftriebs- und/oder biologische Signale, wodurch sich Süßwassereinträge nur schwer eindeutig abgrenzen lassen. Diese Dissertation untersucht das Potenzial von Uranisotopen in Korallen, insbesondere δ234U, als Proxy für Süßwasserflüsse, mit besonderem Fokus auf Anwendungen in der Karibik. Zunächst werden die Präzision und Reproduzierbarkeit von δ234U-Messungen an Korallen geprüft. Dabei werden methodische Einschränkungen diskutiert und Vorgehensweisen für die Probenahme tropischer Korallen vorgestellt. Anschließend wird ein Referenzwert für das Karibische Becken etabliert, der bestätigt, dass die Region den δ234U-Signaturen des offenen Ozeans entspricht. Darauf aufbauend verdeutlichen standortspezifische Fallstudien die Sensitivität von Korallen-δ234U gegenüber lokalen hydrologischen Einflüssen. Ein kubanisches Korallenarchiv zeigt, dass die erhöhte Variabilität am Ende der Kleinen Eiszeit auf einen verstärkten Einfluss des Mississippi zurückzuführen ist. Entlang der Halbinsel Yucatán wird die δ234U-Variabilität maßgeblich durch submarinen Grundwasserabfluss gesteuert, wobei relative Meeresspiegelschwankungen eine entscheidende Rolle spielen. Eine Vergleichsstudie auf Tahiti erweitert den geographischen Rahmen: Analysen von Korallen, Meerwasser, Flusswasser und Grundwasser belegen deutliche δ234U-Endglieder sowie eine Meeresspiegelabhängigkeit des submarinen Grundwasserabflusses, die Rückschlüsse auf ENSO-Variabilität ermöglicht. Eine Synthese aller karibischen Korallenarchive zeigt hingegen, dass kein kohärentes regionales Signal erkennbar ist. Vielmehr dominieren lokale hydrologische Prozesse die δ234U-Signaturen, während der starke Atlantik-Durchfluss Süßwassereinflüsse verdünnt und das Karibische Becken im Mittel den offenen Ozean widerspiegelt. Im Gegensatz dazu weisen marginale Meeresbecken mit eingeschränkter Zirkulation, wie das Mittelmeer oder das Ostchinesische Meer, deutlichere Süßwassersignale auf. Insgesamt demonstriert diese Arbeit das Potenzial von Korallen-δ234U als Proxy für Süßwassereinträge. Während wertvolle Informationen über lokale Hydrologie und Land-Ozean-Interaktionen gewonnen werden, erfordert die Anwendung in Regionen mit starkem ozeanischen Austausch eine besonders sorgfältige Interpretation. Die Ergebnisse erweitern die Methoden der Paläoklimaforschung und liefern neue Einblicke in die hydroklimatische Dynamik der Karibik und darüber hinaus.